[發明專利]一種納米陶瓷顆粒增強金屬基分級構型復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811569189.0
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109852834B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 盧德宏;徐志凱
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C32/00;C22C33/04;C21D7/10;C22F1/04;C22F1/06;C22F1/08;C22F1/18;C22C21/00;C22C23/00;C22C14/00;C22C9/00
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本發明涉及一種納米陶瓷顆粒增強金屬基分級構型復合材料的制備方法，屬于金屬基復合材料技術領域。包括以下步驟：將納米級陶瓷顆粒和金屬粉末進行高能球磨混合；然后熔煉金屬液，并保溫到液相線以下30?80℃，使金屬液中形成部分球形晶粒；將陶瓷與金屬混合粉加入金屬液中，攪拌使納米陶瓷粉均勻分散在球形晶粒之間的金屬液中；制備鑄錠；對鑄錠進行軋制、擠壓、拉拔加工，使鑄錠中的球形晶粒變成片狀或纖維狀晶粒，從而獲得由納米陶瓷顆粒增強金屬基和片狀或纖維狀金屬晶粒構成的分級構型復合材料；該方法可以獲得強度塑性綜合性能優異的金屬基復合材料。

技術領域

本發明涉及一種納米陶瓷顆粒增強金屬基分級構型復合材料的制備方法，屬于金屬基復合材料技術領域。

背景技術

航空航天、船舶、兵工及交通運輸等領域對超高強度，高韌性的材料需求越來越迫切。而傳統合金材料的高比強度已達到極限，無法進一步滿足當前先進裝備所需材料的性能要求和使用要求。而顆粒增強金屬基復合材料是21世紀最具有發展前途的先進材料之一。該種復合材料具有高比強度、高比剛度、高比模量、以及良好的高溫性能，并且顆粒增強金屬基復合材料耐磨、耐疲勞、熱膨脹系數低、導熱性能良好。但傳統顆粒增強金屬基復合材料往往是強度增加，塑韌性大大降低。

金屬基分級構型復合材料是一種新型高強高韌材料，通常，分級復合材料將含有高增強體體積分數的復合材料作為第Ⅱ級復合材料，再與純基體金屬進行復合得到I級復合材料。研究結果表明：通過采用分級復合構型，可以在損失較少或幾乎不損失強度的前提下，提高復合材料的斷裂韌性和延伸率。

中國發明專利CN108080644A將陶瓷粉先后與不同比例金屬粉末高能球磨，通過粉末冶金燒結后擠壓，得到高強高韌金屬基復合材料。該方法可以有效提高復合材料的塑韌性，但粉末冶金法二道混粉時間長，效率低，工藝復雜，不可制備大型坯料，且坯料全部由金屬粉和陶瓷粉粉末冶金制成，成本高。

中國發明專利CN106756166A將鋁合金粉末與碳納米管粉末混粉后二次添加微米級粗顆粒鋁合金粉末，進行二次混粉，對最終的復合材料粉末進行致密化處理后進行二次加工處理，得到具有分級結構的碳納米管/鋁復合材料。該方法可以有效提高復合材料的塑韌性，但碳納米管通過高能球磨不能很好解決團聚纏繞問題，且通過致密化處理后得到的坯料小，不宜實現工業化。

發明內容

針對現有傳統陶瓷增強金屬復合材料塑韌性差，效率低，成本高的問題，本發明提供一種納米陶瓷顆粒增強金屬基分級構型復合材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）將納米級陶瓷顆粒和金屬粉末進行高能球磨混合均勻，備用；

（2）將金屬基體熔煉為金屬液，保溫到液相線以下30-80℃，使金屬液中形成部分球形晶粒，將步驟（1）中的混合粉末加入金屬液中，攪拌使納米陶瓷粉均勻分散在球形晶粒之間的金屬液中；

（3）將步驟（2）得到的混合液制備成鑄錠，對鑄錠進行軋制、擠壓、拉拔加工，使鑄錠中的球形晶粒變成片狀或纖維狀晶粒，從而獲得納米陶瓷顆粒增強金屬基分級構型復合材料，由納米陶瓷顆粒、金屬基和片狀或纖維狀金屬晶粒構成的分級構型復合材料。

優選的，本發明步驟（1）中的陶瓷顆粒為氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、氮化鈦中的一種或幾種任意比例混合物，陶瓷顆粒的粒度為30-100nm。

優選的，本發明所述金屬基體為鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金或鋼鐵，金屬粉的粒徑為1-30μm。

優選的，本發明步驟（1）中陶瓷顆粒和金屬粉末的質量比為1:10~1:1，步驟（2）中混合粉末與金屬液的質量比為1:10~2:3。

優選的，本發明步驟（1）中高能球磨的條件為:轉速為50-1000轉/分，球料重量比為5:1-30:1。

優選的，本發明步驟（2）中保溫時間為10-50min。